CN101505964A - 用于控制编号设备的编号轮的位置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于控制编号设备(1)的编号轮(7)的位置的方法，这种类型的编号设备(1)包括布置成彼此相邻以绕着公共旋转轴线旋转的多个独立驱动的编号轮(7)，该方法包括：在连续的编号循环之间驱动编号轮(7)，由此必须旋转到新的目标位置的每个编号轮(7)被驱动旋转，直到该编号轮到达其新的目标位置。该方法进一步包括：至少在编号轮(7)的驱动期间，通过电子调节不旋转或已到达其新的目标位置的每个编号轮(7)的位置来补偿作用于编号轮的外部因素，例如由相邻的旋转编号轮引起的摩擦。还描述了用于执行这种方法的设备。

Description

用于控制编号设备的编号轮的位置的方法和设备

技术领域

本发明大体涉及用于控制编号设备的编号轮的位置的方法和设备，如在用于执行印刷文件特别是纸币或类似有价证券的编号的印刷机中使用的。

更准确地，本发明涉及用于控制编号设备的编号轮的位置的方法和设备，这种类型的编号设备包括布置成彼此相邻以绕着公共旋转轴线旋转的多个独立驱动的编号轮(independently-driven numbering wheel)，该方法包括：在连续的编号循环(successive numbering iteration)之间驱动编号轮，由此必须旋转到新的目标位置的每个编号轮被驱动旋转，直到它到达其新的目标位置。

发明背景

在有价证券例如纸币、支票和其它类似物体的印刷的领域中，印刷在所述有价证券上的重要特征是序列号。特别是，每个被印刷的纸币一般接受构成纸币的序列号的号码和字符的唯一组合。

有价证券，特别是纸币通常以阵列的形式被印刷在连续的纸张或连续滚筒纸(web)的连续部分上，这些纸张或滚筒纸部分接着优选地被提供给编号印刷机，在编号印刷机中，所有的印刷位置在一次通过时被编号。这样的被编号的纸张或滚筒纸部分的叠层在印刷过程结束时最终被切割成单独的纸币，以便一般形成成捆的单独的有价证券文件。

编号印刷机通常设置有编号设备，每个编号设备包括一些印刷编号轮(或圆盘)，这些编号轮具有在其圆周上如浮雕一般地雕刻的字母数字符号，该编号轮布置成彼此相邻，用于绕着公共旋转轴线旋转。根据编号设备的配置，其驱动可根据仅仅一个或不同的编号过程进行，例如在美国专利号US 4,677,910、欧洲专利申请号EP 0 598 679或国际申请号WO2004/016433中描述了这些编号过程。

通过引用合并在这里的国际申请号WO 2004/016433公开了特别有利的编号方法，其中纸张或滚筒纸部分被编号，以便从被编号的纸张或滚筒纸部分的给定叠层(通常一百个连续的纸张或滚筒纸部分)得到的所有捆相应于一个完整的连续数字序列，即，具有M×N有价证券图案的纸张的叠层产生顺次编号的M×N捆，也就是顺次编号的M×N×100张有价证券票证。这种编号方案因此实现了纸张或滚筒纸部分的叠层的所谓的非核对处理(non-collating processing)，即，若不是如此建立被顺次编号的有价证券文件的整套捆，则需要特定的捆核对处理(bundle collating process)以按正确的顺序临时储存并集合捆。

通常机械驱动的编号设备可仅以连续的方式被驱动，且需要特殊的机械驱动装置。这样的编号设备不能实现WO 2004/016433的编号方法，除非满足对每一纸张或滚筒纸部分的图案数量的限制。这只在每一纸张上的有价证券图案的数量为10(或25)的倍数时并通过以连续的方式设计编号设备才是可能的。在国际申请号WO 2005/018945中公开了一个这样的解决方案。在以本申请人的名义的欧洲专利申请号EP 1 731 324(相应于WO 2006/131839)中公开了另一可选的解决方案。这样的解决方案不适用于纸张包括很多不是10或25的倍数的有价证券图案的情况。

除了上面提到的机械驱动的编号设备的例子以外，WO 2004/016433的编号方法需要编号设备，该编号设备对于可将编号轮从一个编号循环驱动到下一个编号循环的方法是完全灵活的。

例如在美国专利US 5,660,106中公开了具有自由可调节的编号轮的编号设备。该专利公开了一种编号设备，其中所有的编号轮都可绕着公共传动轴旋转，并且都可被与传动轴耦合的滑动条(slip)驱动，且其中电磁驱动的棘爪设置成在期望的目标位置选择性地阻挡编号轮中的任何一个。该编号设备具有可在任何时间形成选择性的和任意的、甚至不连续的号码的优点，特别允许实现号码从一个编号循环到下一个编号循环的不单一的跳跃(non-unitary skip)。该编号设备可特别用于实现在WO 2004/016433中公开的编号方案。为了详细说明该编号设备的功能，对US 5,660,106的整个公开内容进行引用。然而该编号设备的缺点在于相对复杂的驱动机构和相关的成本，以及由编号轮和公共传动轴之间的摩擦引起的额外的热的积累。

在德国专利中请号DE 30 47 390中公开了与US 5,660,106中描述的编号设备相比有点相似但更复杂的编号设备。其中的一个缺点是它缓慢且只允许在一个方向上旋转编号轮的事实。

在上文中已经提到的国际申请WO 2004/016433中公开了混合编号设备(hybrid numbering device)。在该编号设备中，以连续的方式(即，通过纯机械驱动装置)驱动个位数字或十位数字的轮，而以独立的方式驱动至少百位和千位数字的轮，以允许在编号期间跳过数字。该结构允许执行上文中提到的实现捆的非核对处理的特殊的编号过程。

在上文中提到的US 5,660,106、DE 30 47 390、WO 2004/016433、WO2005/018945和EP 1 731 324中公开的编号设备的缺点在于以下事实：这些编号设备与传统机械编号设备一样，与驱动装置机械地相互作用，这些驱动装置不是编号设备本身的部分，且一般安装在布置了编号设备的编号机器上。特别是，每个编号设备都需要用于驱动或至少释放编号轮的驱动凸轮构件，该凸轮构件与置于编号印刷机中的相应的凸轮表面协同操作。在一些所提出的解决方案中，驱动编号轮旋转进一步需要机械耦合，例如US5,660,106中描述的解决方案，其使传动大齿轮(driving gear wheel)和相关的齿形部分成为必要的。

此外，在所有上面的现有技术解决方案中，设置了机械分度装置(mechanical indexing means)，以便当每个编号轮位于期望的目标位置时单独使它停止。这些分度装置通常设计为棘轮机构，由此机械零件与设置在每个轮上的棘轮相互作用。在驱动期间，释放机构被驱动，以便释放棘轮并实现编号轮的旋转。

参考其中的图3到6，美国专利US 4,843,959公开了另一混合编号设备，其中十个编号轮中的六个(即，针对个位、十位、百位、千位、万位和十万位的编号轮)都通过齿轮装置(gearing)和轴被相应的步进电机驱动。每个电机都结合了位置感测设备，例如用于正确控制电机的操作的轴编码器，且从感测设备到计算机的反馈使计算机能够检验编号轮的安装。其余四个编号轮带有针对前缀或后缀的单独的标记，且没有给出关于用于驱动所述轮的装置的描述。

在2006年6月23日提交的欧洲专利申请号06115994.3和以本申请人的名义且标题为“NUMBERING DEVICE FOR TYPOGRAPHICNUMBERING”的2006年11月20日提交的06124403.4(也见2007年6月20日提交的PCT申请号PCT/IB2007/052366，其要求前述两个欧洲专利申请的优先权)中公开了根本不需要用于驱动编号轮的任何机械驱动装置的机械自主式电子编号设备，这些申请的内容在这里通过引用被全部并入。其所附的图1和2示出在欧洲专利申请号06115994.3中公开并将在下文中被简要地讨论的编号设备的一个实施方式以及在欧洲专利申请号06115994.3和06124403.4(以及在PCT申请号PCT/IB2007/052366中)中设想的另外的实施方式的透视图。

该编号设备的特征在于，编号设备的每个编号轮由其自己独立的驱动机构驱动而旋转，并可独立于其它编号轮而设置到任何期望的位置。该特征要求在驱动期间控制编号轮的位置，以便确保轮在随后的编号循环之前移动到适当的目标位置。必须为此目的设计全新的控制和驱动方法，该方法形成本申请的主题。

发明内容

本发明的目的是改进已知的编号设备及其控制方法。

特别地，本发明的目的是提供用于控制具有独立驱动的编号轮的上述类型的编号设备的编号轮的位置的方法和设备，该方法和设备确保编号设备的稳固而正确的操作。

本发明的另一目的是提供这样的方法和设备，其实现编号轮的目标位置的快速驱动和准确控制。

本发明的又一目的是提供这样的方法和设备，其确保每个编号轮在驱动过程结束时位于正确的目标位置，并确保外部因素(external factor)，例如与相邻的旋转轮的摩擦不影响该目标位置的准确性或正确性。

本发明的又一目的是提供这样的方法和设备，其从应用到用于驱动编号轮的驱动装置上的能量消耗或限制的观点来看是有效的。

由于权利要求中所定义的方法和设备而实现了这些目的。

因此提供了一种用于控制编号设备的编号轮的位置的方法，这种类型的编号设备包括布置成彼此相邻以绕着公共旋转轴线旋转的多个独立驱动的编号轮，该方法包括：在连续的编号循环之间驱动编号轮，由此必须旋转到新的目标位置的每个编号轮被驱动旋转，直到该编号轮到达其新的目标位置。根据本发明，本方法进一步包括：至少在编号轮的驱动期间，通过电子调节不旋转或已到达其新的目标位置的每个编号轮的位置来补偿作用于编号轮的外部因素。

类似地提供了用于控制编号设备的编号轮的位置的设备，这种类型的编号设备包括布置成彼此相邻以绕着公共旋转轴线旋转的多个独立驱动的编号轮，该设备包括用于在连续的编号循环之间驱动编号设备的编号轮的驱动装置，由此必须旋转到新的目标位置的每个编号轮被驱动旋转，直到该编号轮到达其新的目标位置。该设备进一步包括电子调节单元，该电子调节单元用于至少在编号轮的驱动期间通过电子调节不旋转或已到达其新的目标位置的每个编号轮的位置来补偿作用于编号轮的外部因素。

在下文中，我们应理解，措词“外部因素”指干扰编号轮的驱动并可导致编号轮的期望位置的变化的任何外部因素。这特别包括由相邻的旋转编号轮引起的摩擦，所述相邻的旋转编号轮倾向于随其拉动相邻的不旋转编号轮并更改它的位置。这还包括可能由接触编号轮的圆周的其它元件引起的扰动。

优选地，对每个编号轮的位置的电子调节包括监控编号轮的位置，并校正编号轮的位置以返回到其期望位置。

根据本发明的方面，编号轮的驱动包括：(i)第一阶段，在此期间，被驱动的编号轮加速，(ii)第二阶段，在此期间，被驱动的编号轮被驱动成处于实质上恒定的速度，以及(iii)第三阶段，在此期间，被驱动的编号轮在到达目标位置之前减速。优选地，编号轮的驱动进一步包括：(iv)第四阶段，在此期间，被驱动的编号轮被驱动成处于低速，直到在被驱动的编号轮完全停止之前达到所确定的驱动参数(actuation parameter)，以及(v)第五阶段，在此期间，被驱动的编号轮根据预定的减速顺序(decelerationsequence)达到完全停止。后面的五阶段驱动原理是优选的，因为它允许确保每个被驱动的编号轮确切地在目标位置停止，而不是之前或之后。

根据本发明的另一方面，每个编号轮通过电机(优选地，电子换向(electronic commutation)的无刷直流电机(brush-less DC motor))驱动而旋转，该电机每转(per revolution)具有多个步长(step)，且将编号轮驱动到目标位置的步骤包括：(i)确定编号轮从其当前位置到达目标位置所需的步长的数量；以及(ii)在给定时间内驱动编号轮旋转所确定数量的步长。在此背景下，可基于预定的查找表确定编号轮从其当前位置到达目标位置所需的步长的数量。

在上面的逐步驱动(step-by-step actuation)的背景下，编号轮从其当前位置到达目标位置所需的步长的数量有利地是相应于编号轮的360°/s角位移的步长的给定数量的倍数，其中s表示编号轮的编号部分(numberingsegment)的数量。

在优选实施方式中，驱动方法包括步骤：为待驱动的每个编号轮确定到达目标位置的最短路线，该最短路线相应于编号轮的180°或更小的角位移。

仍然根据另一实施方式，该方法进一步包括：当所有被驱动的编号轮已到达其目标位置时，启动机械分度机构，以机械地锁定所有编号轮的位置，并停止对编号轮的位置进行电子调节，直到执行随后的驱动。优选地在编号轮的涂墨操作(inking operation)期间和在印刷操作期间启动该机械分度机构。

本发明的进一步有利的实施方式是从属权利要求的主题。

附图简述

从阅读本发明的实施方式的下列详细描述中，本发明的其它特征和优点将显得更清楚，这些实施方式仅作为非限制性的例子被介绍并通过附图示出，其中：

图1示出具有独立驱动的编号轮的编号设备的实施方式的总透视图；

图2示出图1的实施方式的另一透视图，其中用于驱动编号轮旋转的齿轮装置部分是可见的；

图3是在编号轮和其相关的驱动装置之间的运动传动链(kinematicdriving chain)的示意图；

图4a、4b和4c是示出用于机械对准和维持编号轮的位置的可释放的分度机构的实施方式；

图5是根据本发明的一个实施方式用于驱动相关的编号轮的电机的三个部分绕组(partial winding)的两个可能的连接模式的示意图；

图6是通过用于驱动相关的编号轮旋转的电机的内置传感器来检测的转换组合(switch combination)的示意图；

图7是示出如何提供图5的部分绕组的示意图；以及

图8是示出根据本发明的优选实施方式，编号轮到达其预期的目标位置的完整的驱动阶段(actuation phase)的图示。

本发明的实施方式的详细描述

如上文中已经提到的，图1和2示出了以本申请人的名义且标题为“NUMBERING DEVICE FOR TYPOGRAPHIC NUMBERING”的2006年6月23日提交的欧洲专利申请号06115994.3中所公开的编号设备的一个实施方式的透视图。

通常由参考数字1表示的图1和2的编号设备包括具有底部框架部分2和两片式侧框架部分(two-piece lateral frame part)3、3’的外壳。两片式侧框架部分包括在其底端通过螺钉25(在图2中可见)固定到底部框架部分2的两个侧框架部分3和3’(侧框架部分3’在图1中是不可见的，而在示出编号设备1的相对侧的图2中为了说明的目的而省略了它)。编号设备1的上部分由通过顶螺钉5固定到侧框架部分3、3’的顶盖构件4(只在图1上可见)覆盖。盖构件4设置有开口4a，通过开口4a显现编号单元6的部分，编号单元6包括彼此相邻地布置用于绕着公共旋转轴线旋转的多个编号轮或盘7。

在本实施方式中，编号设备1也在其侧面上被通过侧螺钉9安装到侧框架部分3、3’上的保护性侧盖构件8覆盖。虽然在图1中只有两个侧螺钉9可见，但应认识到，两个另外的侧螺钉设置在编号设备1的相对侧上，以便类似地将侧盖构件8固定在适当的位置。

在图2中，省略了两个侧盖构件8和顶盖构件4以及侧框架部分3’，以便更好地示出位于编号设备1的内部空间中的部件的布置。如在编号设备1的顶侧上表示的，编号单元6带有彼此相邻地布置以绕着公共旋转轴线旋转的多个可旋转的编号轮7。在所示实施方式中，编号单元6包括十二个编号轮7和一个额外的虚设轮(dummy wheel)7’。虚设轮7’的目的是确保编号单元6在两个侧框架部分3和3’之间展示足以定位编号单元6的确定的长度和对称性。每个编号轮7带有字母数字符号，例如一系列数字(一般0到9)和/或一系列字母(例如A、B、C等)。这样的符号用于给印刷的有价证券编号(如上面以详细的方式解释的)。除了上面提到的符号以外，并根据本申请，编号轮7还可设置有用于印刷取消标记的取消符号(cancellation index)和/或用于不印刷任何符号并在印刷期间留下空白的空白符号(empty index)。此外，每个编号轮7带有用于校准目的的至少一个磁体(未示出)，每个磁体设计成与支撑构件14、14’所支撑的相应的探测器13(例如霍尔效应探测器)协同操作，如在EP 06115994.3中公开和解释的。在图2的例子中，六个探测器13由支撑构件14’支撑，且六个其它探测器(在图2中不可见)由支撑构件14支撑(然而所有12个探测器13可布置在同一个支撑构件上)。磁体和探测器13的目的是校准每个编号轮7关于旋转轴线的位置，并确保每个编号轮7可到达任何期望的编号位置。支撑构件14、14’安装在侧框架部分3、3’之间，并可在顶盖构件4被移除时，从其所示位置远离编号单元6向后旋转，从而实现编号单元6的装配和拆卸。

每个编号轮7通过相关的驱动装置以独立的方式驱动。如图2所示，编号轮7安装成绕着公共轴17旋转，公共轴17在两端被支撑在侧框架部分3和3’中设置的轴承上。编号轮7连同虚设轮7’一起通过一对保持环70(在图2中仅一个可见)保持在公共轴17上，该保持环70固定到公共轴17的螺纹端部分(在图4c中由参考符号17a和17b表示)。编号轮7安装成可绕着保持环70之间的公共轴17自由旋转。公共轴17不旋转。

每个所述编号轮7由耦合到齿轮-轮组件(gear-wheel assembly)19、20、21、22、23(在图3中示意性示出)的电机15驱动而旋转。为了此目的，每个编号轮7设置有设计成与编号轮7一起旋转的齿形轮(toothedwheel)16。十二个齿形轮16相应地出现在编号轮7之间。在所示实施方式中，用于驱动编号轮7的驱动装置因此包括十二个电机15、十二个齿轮-轮组件19-23和十二个齿形轮16(即，每个编号轮7有一个齿形轮16)。每个电机15优选地与减速齿轮18相关。减速齿轮18具有支撑第一小齿轮20的输出轴19，第一小齿轮20与安装在中间轴22上的大齿轮21啮合，所述中间轴22由大齿轮21驱动而旋转。在中间轴22上，还安装了与相应的编号轮7的齿形轮16啮合的第二小齿轮23。因此，每个编号轮7如上文所述由其自己的独立驱动机构驱动而旋转，并可独立于其它编号轮7设置到任何期望的位置。

齿轮-轮组件19-23和相关的齿形轮16形成两级齿轮装置，如图3示意性示出的。该两级齿轮装置展示确定的减速因子，该减速因子取决于小齿轮20、23的齿的数量、大齿轮21和齿形轮16的齿的数量之间的比。更准确地，两级齿轮装置16、19-23的减速因子R_Z由下列表达式给出，其中Z1、Z2、Z3、Z4分别是第一小齿轮20、大齿轮21、第二小齿轮23和齿形轮16的齿的数量：

R_Z＝(Z2*Z4)/(Z1*Z3)                 (1)

如上文所提到的，每个电机15优选地通过减速齿轮18耦合到两级齿轮装置16、19-23。该减速齿轮18提供电机15的输出速度的额外减小和输出扭矩的额外增加。减速齿轮18还展示将被称为R_G的减速因子。电机15的输出和相关的编号轮7之间的总减速因子R因此由下列表达式给出：

R＝R_G*R_Z＝R_G*(Z2*Z4)/(Z1*Z3)          (2)

应认识到，如果省略减速齿轮，则上面表达式(2)中的减速因子R_G可用值“1”代替。设计图1到3所示的编号设备1的实施方式，以便达到至少下列三个主要目标：

1.编号轮7的尽可能高的位置分辨率或准确性；

2.编号轮7移动到目标位置的尽可能短的换向时间(commutationtime)；

3.尽可能小和紧凑的编号设备。

电机15和减速齿轮18优选地为瑞士Maxon Motors AG公司(www.maxonmotor.com)制造和出售的部件。更准确地，电机15优选地为电子换向的无刷直流电机(用首字母缩略词也称为BLDC)，如具有每分钟数千转的旋转速度(rpm)的以参考符号EC6表示的由Maxon Motors AG制造的电机，其特别好地适合于本发明，而减速齿轮18优选地为以参考符号GP6表示的由Maxon Motors AG所制造的微型行星齿轮，这两者都具有大约6mm的直径。与其它类型的电机例如步进电机比较，使用电子换向的无刷直流电机的优点是多方面的。首先，由于这样的电机的无刷配置，摩擦和磨损问题很大程度地被限制，从而导致长的生命周期。此外，这样的电机可被微型化到相当大的程度，同时仍然提供足够高的速度和高的扭矩，以满足编号应用的要求。

电机15的输出和相应的编号轮7之间的总减速因子被选择成使得编号轮7的在其外周测量的位置分辨率(或准确性)为大约0.10-0.15mm或更小，以便确保编号轮7的位置的足够精细的调节。对于一般具有大约20到30mm的直径的编号轮7，这意味着每转几百步长的分辨率(即，小于1°角分辨率)。对于适合于每转采用如六个不同位置的给定类型的电机(例如Maxon的EC6电机)，这产生在一百的范围内的总减速因子，该减速因子可容易地通过上文中提到的减速齿轮18和齿轮16、19-23的组合来获得。

将不进一步描述上面的编号设备的配置，该配置形成欧洲专利申请号06115994.3的主题，其全部公开在这里通过引用被并入。为了本发明的目的，理解了下面的内容就足够了：如序言中提到的，在欧洲专利申请号06115994.3中公开的编号设备的特征在于，编号设备的每个编号轮由其自己独立的驱动机构驱动而旋转，并可独立于其它编号轮而设置到任何期望的位置。该特征要求在驱动期间控制编号轮的位置，以便确保轮在随后的编号循环之前移动到适当的目标位置。必须为此目的设计全新的控制和驱动方法，现在将描述该方法。

从前述内容中，应理解，在编号轮7的驱动期间，摩擦将出现在相邻的编号轮7之间。作为结果，每个被驱动的编号轮倾向于更改相邻的轮的位置。根据本发明，至少在驱动编号轮7期间，通过电子调节不旋转或已到达其新的目标位置的每个编号轮7的位置来阻止这样的倾向，以便补偿作用于编号轮7的这些外部因素。电子调节单元因此设置成执行编号轮7的位置的这种补偿和调节，该电子调节单元可有利地以所谓的现场可编程门阵列(FPGA)实现。

在本发明的范围内，用于执行这样的电子调节的解决方案可能在于直接作用于驱动每个编号轮7的电机15，以便产生阻止相关的编号轮远离期望目标位置的运动的高制动或保持扭矩。虽然在本发明的背景中是可能的，然而该解决方案不是优选的，因为它使高电流因而强大的电源成为必要的。而且，当能量损耗随着电流消耗增加时，这将引起热问题。该解决方案还可导致振荡问题。

优选地，通过监控编号轮7的位置并校正其位置以使轮返回到其期望目标位置来执行编号轮7的位置的电子调节。换句话说，不是通过施加高保持扭矩来阻止编号轮7的任何移位，而是允许编号轮7移动并接着校正其位置以返回到目标位置。与上面提到的先前解决方案比较，这实现了功率消耗的减小，因为当在目标位置中时，没有电流应用于电机15，因而避免了热问题。

通过直接监控电机15的位置来执行对编号设备7的位置的监控。在该方面，上述Maxon EC6电机设置有集成的传感器(或监控装置)，以监控转子的位置。更准确地，一个相对于另一个有120°偏移而布置的三个内置霍尔传感器报告转子位置，从而提供了每转六个不同的转换组合，如图6示意性示出的。定子侧上的绕组布置是分成三个部分绕组的菱形绕组，每个部分绕组移位120°，可连接在如图5所示的“Y形电路”或“Δ形电路”中，并根据图7的图示被提供。使用在转子侧上的两极永久磁体，这产生每转有六个可能位置的电机，这在下文中用术语“步长”表示。

根据上文中提到的驱动装置的一个可能的实现方式，电机15的输出和相关的编号轮7之间的总减速因子R选择成等于108(该值仅为了举例说明的目的被提及，且不应被视为限制性的)，这为编号轮7产生每转648(＝6×108)步长的分辨率。假定编号轮7包括均匀地分布在编号轮的圆周上的十二个编号部分(即，每30°一个编号部分)，则从一个编号部分到其直接相邻的编号部分的跳跃相应于54(＝648/12)步长。以更一般的术语表示，这意味着，对于具有编号部分的给定的编号轮配置，编号轮7从其当前位置到其目标位置所需的步长的数量是给定数量的步长S_U(在上面的例子中为54步长)的倍数，该步长S_U相应于编号轮的360°/s角位移。

上面讨论的编号设备配置的优点在于每个编号轮可在任何期望的方向上旋转。因此，可在180°或更小的旋转角内到达编号轮的任何一个编号位置。控制方法因此优选地被设计成使得它进一步包括步骤：为待驱动的每个编号轮7确定到达目标位置的最短路线，该最短路线相应于编号轮7的180°或更小的角位移。

再次参考十二-部分编号轮的上面的例子，这意味着编号轮的驱动步长的数量将n倍于S_U，其中n为0和6之间的整数。编号轮从其当前位置旋转到其期望目标位置所需的驱动步长的数量因此可被总结在下面提到的类型的简单查找表中，其中值±n(n＝0，1，2...6)表示必须被执行以到达目标位置的S_U步长的倍数：

例如，假定编号轮的当前位置在编号部分8上(例如用于印刷数字“7”)，且该编号轮必须旋转到编号部分11(例如用于印刷取消标记“

”)，编号轮必须在正方向(positive direction)上被驱动n＝3倍S_U步长，即，在S_U＝54步长的上面的数字例子中总共为162步长。

在本例中，一旦电机15在正方向上执行了162步长(即，在本例中27次旋转)，相关的编号轮就到达其目标位置。当到达该目标位置时，使用内置的霍尔传感器来监控电机15的位置。如果在正或负方向上检测到一个或多个步长(该步长可由外部因素引起，例如与相邻的旋转编号轮的摩擦)，则驱动电机15，以便通过“增加”或“减去”足够数量的校正步长来使编号轮7返回到其目标位置。

除了上面的校正原理以外，编号轮还必须被驱动成以便确保编号轮尽可能快地旋转到其期望目标位置。在此背景下，如上文中提到的，可在两个方向上驱动每个编号轮的事实是有利的，因为每个编号轮在“最坏”的情况下需要旋转最大180°的角。

实际上，编号印刷机设计成以每小时数千张(sph)，一般大约10’000sph的速度操作。例如采用以12’000sph工作的机器的情况。以这样的速度，上面安装了编号设备的每个编号滚筒(numbering cylinder)在0.3秒内执行完整的旋转。在每转期间，每个编号设备必须被驱动、涂墨并接着与待编号的文件接触。这实际上意味着每个编号设备的驱动时间被限制到大约100到120毫秒。

根据上面的考虑，每个编号轮7的平均旋转速度必须至少为大约250rpm，这意味着，由于电机15和相关的编号轮7之间存在减速因素，电机15必须能够达到至少27’000rpm(27’000rpm＝108×250rpm)。在此背景下，Maxon的电机和行星齿轮完全适合于本申请，因为耦合到Maxon的GP6行星齿轮头的Maxon的EC6电机能够达到大约40’000rpm。

图8是示出多阶段驱动原理的示意图，遵循该驱动原理，以便使编号轮7旋转到其预期的目标位置。在图8中，水平轴表示电机15的驱动步长的数量，而垂直轴表示其速度(应理解，相关的编号轮遵循相同的驱动配置(actuation profile)作为结果)。

一般而言，编号轮7的驱动可分解在三个连续的阶段中，即，(i)第一阶段A，在此期间，被驱动的编号轮加速，(ii)第二阶段B，在此期间，被驱动的编号轮被驱动成处于实质上恒定的速度，以及(iii)第三阶段C，在此期间，被驱动的编号轮在到达预期的目标位置之前减速。

在第一阶段期间，被驱动的编号轮7通过引入相关的电机15来加速到目标速度Vo(或直到达到确定数量的驱动步长So)。其后，电机在阶段B期间以实质上恒定的速度运行，直到在达到目标数量的步长S_目标之前留下预定数量的剩余步长S_剩余。从这点看，电机(及相关的编号轮)被减速。

仅仅使电机减速以便相关的编号轮在期望目标位置处达到完全停止实际上很难。确实，由于电机的高旋转速度和内在的测量公差，总是有编号轮的完全停止将出现在到达期望的目标位置之前或之后的几个步长的危险，然后这要求最后的校正步长来“增加”或“减去”适当数量的校正步长。

因此，优选地，编号轮的驱动进一步包括：(iv)第四阶段D，在此期间，被驱动的编号轮被驱动成处于低速，直到在被驱动的编号轮完全停止之前达到所确定的驱动参数，以及(v)第五阶段E，在此期间，被驱动的编号轮根据预定的减速顺序达到完全停止。

根据此优选的驱动原理，电机(及相关的编号轮)在阶段C期间减速，直到达到最小速度V_低(例如大约1500rpm)，且因此在阶段D期间，被驱动成处于最小速度V_低，直到达到目标数量的步长S_目标之前的固定数量的步长S_停止。最小速度V_低对所有电机都是相同的，且在阶段D结束时，仍然要经过的步长的速度和数量是已知的。

换句话说，在阶段D结束时，对于最后的减速阶段E而言，对电机参数进行估计是可能的，并可被预先计算和储存在查找表中。在阶段E期间，根据预定的减速顺序，驱动被驱动的编号轮的电机的换向速率因此减小，直到在期望目标位置处达到完全停止(即，当达到目标数量的步长S_目标时)。

如上文中提到的，当到达目标位置时，触发编号轮的位置的电子调节，以便阻止外部因素，特别是，来自相邻的旋转编号轮的摩擦引起编号轮的位置的变化。

如已经在上文中讨论的，编号轮优选地设置有校准装置，该校准装置包括例如布置在每个编号轮7上的至少一个磁体和用于探测所述至少一个磁体的通过的相应传感器13。这些校准装置用于周期性地校准每个编号轮7的参考位置，以便确保每个编号轮7的实际位置和在相关的电机15的水平处进行的测量之间的适当对应。

现在将转到图4a到4c，其示意性示出用于在编号操作期间机械对准并维持编号轮的位置的可释放的分度机构的实施方式(其变形形式也形成欧洲专利申请号06115994.3的主题)。如果必要，该分度机构能够保证编号轮7在其目标位置上的准确定位。应理解，该分度机构仅在所有的编号轮都旋转到其目标位置时才被启动。在上文中已经提到的欧洲专利申请号061244034和PCT申请号PCT/IB2007/052366中描述了这样的可释放的分度机构的另外的实施方式)。

可释放的分度机构基本上通过对看设置在编号轮7上的分度槽7a推动平行于编号轮7的旋转轴线延伸的可移动的分度构件50来操作。根据图4a到4c的变形形式，分度构件50与其中设置有分度槽7a的编号轮7的内圆周协同操作。可设想其它变形形式，例如包括分度构件的分度机构，该分度构件与设置在编号轮7的外圆周上的编号符号之间的外分度槽协同操作。

在图4a到4c的变形形式中，分度构件50集成在公共轴17内，并沿着公共轴17的外周轴向延伸。该分度构件50在编号轮7的驱动期间被拉离内分度槽7a(见图4b)，并在驱动过程结束时向着这些分度槽7a被推动(见图4a)。

优选地使用电磁驱动系统来驱动分度构件，该电磁驱动系统包括例如位于公共轴17内并围绕分度构件50的静止激励线圈(未示出)，以便将该构件推到分度槽7a中或拉出分度槽7a。优选地，产生可变的磁阻力的线圈电流被提供到激励线圈以向上移动分度构件50，并从而释放编号轮7。分度构件50优选地借助于放置在分度构件50和轴17之间的弹簧(例如板簧)而到达其默认位置(即，分度构件50被推到分度槽7a中的位置)。

在本发明的范围内，上面描述的分度机构被驱动，以便当所有被驱动的编号轮到达其目标位置时，机械地锁定所有编号轮的位置。当驱动分度机构时，停止在上文中描述的编号轮的位置的电子调节，直到编号轮的随后驱动被执行。至少在印刷操作期间以及优选地也在编号轮的前面的涂墨操作期间有利地驱动机械分度机构。

应理解，可对上文中描述的实施方式进行对本领域技术人员明显的各种更改和/或改进，而不偏离所附权利要求所限定的本发明的范围。例如，虽然机械分度机构是优选的，但这样的机构不是同样地需要，且编号轮的位置可在印刷和/或涂墨期间由上述电子调节过程控制。

Claims (23)

1.一种用于控制编号设备(1)的编号轮(7)的位置的方法，所述编号设备(1)包括布置成彼此相邻以绕着公共旋转轴线旋转的多个独立驱动的编号轮(7)，所述方法包括：

在连续的编号循环之间驱动编号轮(7)，由此必须旋转到新的目标位置的每个编号轮(7)被驱动旋转，直到该编号轮(7)到达其新的目标位置，

其中所述方法进一步包括：至少在所述编号轮(7)的驱动期间，通过电子调节不旋转或已到达其新的目标位置的每个编号轮(7)的位置来补偿作用于编号轮(7)的外部因素。

2.如权利要求1所述的方法，其中每个编号轮(7)的位置的所述电子调节步骤包括：监控编号轮(7)的位置，并校正所述编号轮(7)的位置以返回到其期望位置。

3.如权利要求2所述的方法，其中监控编号轮(7)的位置的所述步骤是通过监控驱动所述编号轮(7)的相关的电机(15)的位置来实现的。

4.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中驱动编号轮(7)的所述步骤包括：

第一阶段(A)，在此期间，被驱动的编号轮(7)加速；

第二阶段(B)，在此期间，所述被驱动的编号轮(7)被驱动成处于实质上恒定的速度(V_O)；以及

第三阶段(C)，在此期间，所述被驱动的编号轮(7)在到达目标位置之前减速。

5.如权利要求4所述的方法，其中驱动编号轮(7)的所述步骤进一步包括：

第四阶段(D)，在此期间，所述被驱动的编号轮(7)被驱动成处于低速(V_低)，直到在所述被驱动的编号轮(7)完全停止之前达到所确定的驱动参数(S_停止)，以及

第五阶段(E)，在此期间，所述被驱动的编号轮(7)根据预定的减速顺序达到完全停止。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个编号轮(7)通过电机(15)驱动而旋转，所述电机(15)每转具有多个步长，且其中将编号轮(7)驱动到目标位置的步骤包括：

确定所述编号轮(7)从其当前位置到达目标位置所需的步长(S_目标)的数量；以及

驱动所述编号轮(7)旋转所确定的数量的步长(S_目标)。

7.如权利要求6所述的方法，其中对于具有s个编号部分的给定的编号轮配置，所述编号轮(7)从其当前位置到达目标位置所需的步长(S_{目 标})的数量是给定数量的步长(S_U)的倍数，步长(S_U)相应于所述编号轮(7)的360°/s角位移。

8.如权利要求6或7所述的方法，其中每个编号轮(7)由所述电机(15)通过具有减速因子(R)的齿轮装置(16，18-23)来驱动。

9.如权利要求3和6到8中任一项所述的方法，其中所述电机(15)是电子换向的无刷直流电机。

10.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括步骤：为待驱动的每个编号轮(7)确定到达目标位置的最短路线，所述最短路线相应于所述编号轮(7)的180°或更小的角位移。

11.如前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：周期性地校准所述编号轮(7)的参考位置。

12.如前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：当所有被驱动的编号轮(7)已到达其目标位置时，启动机械分度机构(50)，以机械地锁定所有编号轮(7)的位置，并停止对所述编号轮(7)的位置进行电子调节，直到所述编号轮(7)的随后驱动。

13.如权利要求12所述的方法，其中至少在印刷操作期间，且优选地在所述编号轮(7)的涂墨操作期间启动所述机械分度机构(50)。

14.一种用于控制编号设备(1)的编号轮(7)的位置的设备，所述编号设备(1)包括布置成彼此相邻以绕着公共旋转轴线旋转的多个独立驱动的编号轮(7)，所述设备包括用于在连续的编号循环之间驱动所述编号设备(1)的所述编号轮(7)的驱动装置(15，16，18-23)，由此必须旋转到新的目标位置的每个编号轮(7)被驱动旋转，直到该编号轮(7)到达其新的目标位置，

其中所述设备进一步包括电子调节单元，所述电子调节单元用于至少在所述编号轮(7)的驱动期间通过电子调节不旋转或已到达其新的目标位置的每个编号轮(7)的位置来补偿作用于所述编号轮(7)的外部因素。

15.如权利要求14所述的设备，进一步包括监控装置，所述监控装置用于监控每个编号轮(7)的位置，且其中所述电子调节单元适合于校正每个编号轮(7)的位置以返回到其期望位置。

16.如权利要求15所述的设备，其中所述监控装置监控驱动所述编号轮(7)的相关的电机(15)的位置。

17.如权利要求14到16中任一项所述的设备，其中所述驱动装置(15，16，18-23)包括用于驱动所述编号轮(7)旋转的电机(15)。

18.如权利要求17所述的设备，其中所述电机(15)是电子换向的无刷直流电机。

19.如权利要求17或18所述的设备，其中每个编号轮(7)由所述电机(15)中相应的一个电机(15)通过具有减速因子(R)的齿轮装置(16，18-23)来驱动。

20.如权利要求14到19中任一项所述的设备，进一步包括校准装置(13)，所述校准装置(13)用于周期性地校准所述编号轮(7)的参考位置。

21.如权利要求14到20中任一项所述的设备，进一步包括机械分度机构(50)，所述机械分度机构(50)用于当所有被驱动的编号轮(7)已到达其目标位置时机械地锁定所有编号轮(7)的位置。

22.如权利要求14到21中任一项所述的设备，其中所述电子调节单元以现场可编程门阵列(FPGA)实现。

23.如权利要求14到21中任一项所述的设备，其中所述驱动装置(15，16，18-23)根据权利要求4到7中的任一项所述的方法来驱动所述编号轮。

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